基于Pro/E软件的变压器油箱三维参数化设计

崔明兴 佐明

摘要：本文介绍了利用Pro/E5.0三维设计软件，针对电力变压器桶式油箱的结构，进行三维设计，提供了变压器油箱三维参数化建模的基本思路。

关键词：模块; 参数化; 油箱; 自顶向下

1 前言

随着信息技术在各个领域的迅速渗透，CAD/CAM/CAE技术已经得以广泛的应用，然而，广大设计人员对CAD系统的功能要求也越来越高，他们已经不再满足于利用CAD系统达到“甩图板”的目的，而是希望能使企业的设计人员从本质上减轻大量简单、重复、烦琐的工作量。而三维建模系统具有可视性好、形象直观、设计效率高等优势，取代二维CAD系统已经成为历史发展的必然。本文介绍了一种基于Pro/E软件进行变压器油箱三维参数化设计思路。

2 变压器油箱结构及接口分析

三维参数化设计之前，需对油箱的结构进行分析，不是仅仅分析结构，重要的是从结构中分析接口。所称的接口亦称元件界面，它是通过接口进行连接的两部分或多部分的公共参考，通过这一公共参考将几部份连接起来，并且达到各部分虽相互连接但又各不相扰的目的。

箱盖与总装部分的接口主要包括高压升高座接口、中性点接口、压力释放阀接口、滤油阀接口等。箱体与总装的接口主要包括，散热器接口、端子箱接口、联气管接口、放油阀接口等。这些接口与总装部分相连接，是以面或轴为两者的公共参考基准，通过这些接口，将箱盖与总装部分相关零部件连接起来，但不论拆卸掉箱盖或总装的那一部分零部件，都不影响相关的其它零部件。

箱盖与箱体两部分是箱沿通过螺栓的紧固作用连接在一起的，在箱盖和箱沿之间还安装有密封垫元件。可以把箱盖的下端面与箱沿的上端面作为接口将两部分连接起来，两个端面分别参考两个基准平面。

油箱的主要驱动关系，首先应该确定器身中心的位置。器身中心的位置就是三维软件系统内置的坐标系的原点位置。对于PRO/E三维软件，就是以系统的PRT_CSYS_DEF坐标系为参考，以RIGHT、FRONT两个基准面为器身中心参考基准面，以TOP面作为箱底内侧基准参考面。

主要的位置尺寸是通过油箱的长、宽、高按照标准化结构计算出来的。例如，箱盖内侧位置尺寸即为油箱高，两个短轴箱壁内侧的位置尺寸由油箱长度确定，两个长轴箱壁内侧位置由油箱宽度确定。

其它位置尺寸在布局文件中给出。如箱盖高压升高座法兰开孔位置等。

3 油箱三维设计模块的划分与设计

3.1 油箱三维设计模块的划分

模块化设计就是把一个较大的实体或复杂模块实体进行分解，对其进行并行、分支、同步建设的方法。在建模过程中，把狭义上的模块定义为一个或一组相关实体，该实体或实体的集合隶属于某一个更高级别的实体或模块实体。

对于油箱而言，其模块化分基本可以分为箱盖模块、箱体模块两大部分，而箱体模块根据桶式油箱的结构特点，又可以分为四个箱壁模块、箱沿模块、箱底模块等。

3.2 油箱三维模型设计一般步骤

根据油箱内部模块划分，按照自顶向下设计思想，首先设计出油箱的骨架模型，在骨架模型中主要应描绘出油箱的各个部分的接口以及装配关系，其次考虑到虽然目前有大量的通用件可以使用，但并非任何情况下都要使用通用件，专用件的设计也是会存在的，所以在骨架中，对于一些零部件的三维模型特征还应以设计专用件的要求去做，只不过在具体装配某个部件时，能用通用件的我们建议还是尽量使用通用件，这样可以大大减少出图量，暂时无通用件可用时再将其设计成专用件。

3.2.1 布局设计

布局是一个非参数化 2D 草绘，它不需要精确绘制，其几何图形仅仅表示产品的大概形状。针对桶式油箱的布局，考虑到油箱结构的复杂度，可以创建多张布局文件，分别描述各部分的结构特征以及设计意图。

箱盖布局。桶式油箱采用的是平顶箱盖，由于这个特点，箱盖上各个零部件的位置均可以方便地直接参考同一个器身中心进行定位，需要进行三维参数化的尺寸需在布局图中标注出。

箱体的布局。箱体的布局图较箱盖的布局图更为复杂，为了更清晰地表达油箱箱体的布局细节，可增加各种细节示意，以提高用户的可读性。

3.2.2 油箱骨架模型的建立

油箱骨架模型反映油箱的结构，并定义了设计意图。油箱骨架模型是油箱其它零部件设计的参考基准，将这些参考设计基准传达到下游的零部件之中。油箱骨架模型的变化将使下游设计的模型产生相应的变化，也是所有下游设计共同参照的标准。油箱骨架模型被声明成与布局关联，因此布局中的参数将驱动骨架模型的变化，導致整个油箱模型的变化。

骨架模型树中除了一些基准面和基准轴之外，按照油箱结构，将箱盖、四个箱壁、箱沿、箱底等分别参照相应的基准面绘制，并且它们之间各自相对独立，亦即与它们三维设计的先后顺序无关。骨架模型中的参数均源于布局，调整布局参数也就是调整了骨架参数。骨架模型通过再生操作才能使布局参数在骨架模型中生效。

3.2.3 箱盖模型装配

箱盖是一个装配模型，按照参考信息逐层传递的原则，箱盖应该具有自己的骨架模型，上游出版几何在箱盖骨架模型中得以继承，同时对于箱盖的某些具体细节将在箱盖骨架模型中进行设计。为了在箱盖装配时，各个零部件之间不出现相互干扰的现象，一般在零部件装配时均要统一参考箱盖骨架模型，而不是零部件之间相互参照。这样，当修改或替换零部件时不至于影响到其它的零部件模型。

3.2.4 油箱箱体模型装配

油箱箱体也是一个装配模型。按照油箱结构分别为四个箱壁装配、箱沿装配、箱底零件等等。四个箱壁的装配独立进行，互不相扰，零部件装配或设计参考均由上游设计提供，因而受油箱总骨架控制，由于骨架参考在油箱装配之前已经调试完成，因此装配后会符合设计意图。箱沿、箱壁尺寸受布局参数控制，依据油箱结构自动算出，三维模型也将随着布局参数的改变而发生相应的变化。

4 结束语

三维实体建模，实际上就是通过三维设计软件开发数字化的客观物体模型，由于参数驱动技术的应用，使三维参数化建模更加精彩。然而在进行大型装配的三维设计时，我们不仅要考虑大型装配的结构以及装配要求，同时还要考虑大型装配内部各个零部件之间关系，合理划分模块，降低复杂度，将问题由复杂转为简单。根据结构抽象出逻辑接口，合理规划，尽量做到同级模块之间不耦合，各级模块之间自上而下建立驱动关系。

参考文献：

[1].顾吉仁.基于PROE的参数化建模方法及三维零件库的创建.科技风，2015，1.